固定翼无人机集群在线路径规划方法、设备、介质及产品与流程

本发明涉及无人机路径规划，具体而言，涉及一种固定翼无人机集群在线路径规划方法、设备、介质及产品。

背景技术：

1、固定翼无人机具有航程远、速度快、载荷能力强等特点，适合执行大范围侦察、区域覆盖、协同打击、通信中继、电子干扰等任务。在由多架固定翼无人机构成的集群任务中，通常需要先根据任务区域、任务目标、平台性能和规避区等约束生成主航路和任务航路，再将规划结果下发给各固定翼无人机执行。

2、在实际执行过程中，任务环境并非静态不变。例如，任务区域可能根据上级指令或态势变化发生调整，规避区可能新增或扩大，部分平台任务类型可能变化，数字高程模型地形净高约束（最小飞行高度约束）可能要求对航段进行高度修正，编队长机的实时位置也可能已经偏离上一轮规划航路。若仍然采用离线路径规划方式从头计算全部航路，不仅计算量大，而且容易造成已经合法且可继续执行的既有航段被频繁替换，增加航路下发和飞控执行的不稳定性。

3、现有固定翼无人机集群路径规划方法更多关注离线规划或静态区域覆盖任务，对在线场景下如何复用既有航路、如何基于长机当前位置修复剩余主航路、如何在主航路变化时联动任务航路、以及如何在动态规避区和数字高程模型地形净高约束下快速输出一致可靠的规划状态缺乏完整处理。因此，需要一种固定翼无人机集群在线路径规划方法，以在动态任务条件下兼顾实时性、航路稳定性和规划结果可验证性。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种固定翼无人机集群在线路径规划方法、设备、介质及产品，以解决固定翼无人机集群在任务执行过程中因任务区域变化、规避区变化、平台任务变化或地形约束变化导致既有航路需要在线修复和重规划的问题。

2、第一方面，本发明提供一种固定翼无人机集群在线路径规划方法，包括：

3、获取固定翼无人机集群的在线规划输入信息；

4、基于在线规划输入信息，确定参与在线规划的编队以及各编队长机当前位置；

5、基于编队长机当前位置推算编队的主航路终点，判断主航路终点是否发生变化；

6、根据主航路终点变化情况，对编队待飞主航路进行局部重规划或全段重规划；

7、根据编队待飞主航路变化情况和平台任务类型，对平台待飞任务航路进行重规划；

8、对重规划的编队待飞主航路和平台待飞任务航路进行数字高程模型后验验证，并输出重规划的编队待飞主航路和平台待飞任务航路。

9、在一个优选的实施例中，所述在线规划输入信息包括编队待飞主航路、平台待飞任务航路、编队长机当前位置、编队任务分配方案、任务方案和平台信息；

10、所述编队待飞主航路用于表示各编队在上一轮规划后尚未飞行完成的主航路航点序列；

11、所述平台待飞任务航路用于表示各平台在上一轮规划后尚未飞行完成的任务航路航点序列；

12、所述编队长机当前位置用于表示各编队长机当前的经度、纬度和高度；

13、所述编队任务分配方案用于表示各编队、各平台及其任务之间的对应关系；

14、所述任务方案用于表示任务区域、任务目标、规避区以及任务约束；

15、所述平台信息用于表示各固定翼无人机的飞行约束。

16、在一个优选的实施例中，所述基于在线规划输入信息，确定参与在线规划的编队以及各编队长机当前位置，包括：

17、从编队任务分配方案中获取对应编队的平台集合；

18、将平台集合中平台标识最小的平台确定为编队长机；

19、根据编队长机的平台标识读取相应的编队长机当前位置；读取时，若缺失相应的编队长机当前位置，则返回在线规划输入缺失的规划状态。

20、在一个优选的实施例中，在确定参与在线规划的编队以及各编队长机当前位置前，需要对在线规划输入信息进行校验，包括：

21、所述在线规划输入信息还包括在线规划模式标识，判断在线规划模式标识是否表示在线规划模式；如果不是在线规划模式，则返回模式不可用的规划状态；

22、检查编队任务分配方案、任务方案和平台信息是否存在，若编队任务分配方案、任务方案和平台信息中的任一信息缺失，则返回在线规划输入校验失败的规划状态。

23、在一个优选的实施例中，所述基于编队长机当前位置推算编队的主航路终点，包括：

24、计算任务方案中当前编队涉及的任务区域的最小外接圆；

25、从编队长机当前位置向最小外接圆的圆心作射线，将射线与最小外接圆边界的交点作为主航路终点的水平位置；

26、结合主航路终点的水平位置、预设高度和航点类型生成主航路终点。

27、在一个优选的实施例中，所述判断主航路终点是否发生变化，包括：

28、将编队待飞主航路的最后一个航点与推算的主航路终点进行比较；

29、若两者水平距离不大于距离阈值且高度差不大于高度阈值，并且编队待飞主航路的最后一个航点未落入当前规避区净距范围内，则判定主航路终点未发生变化；

30、否则，判定主航路终点发生变化。

31、在一个优选的实施例中，所述根据主航路终点变化情况，对主航路进行局部重规划或全段重规划，包括：

32、在主航路终点未发生变化时，检查编队待飞主航路是否存在冲突航段，若不存在，则复用编队待飞主航路，若存在，则对冲突航段进行局部重规划；

33、在主航路终点发生变化时，基于编队长机当前位置和推算的主航路终点执行主航路全段重规划。

34、在一个优选的实施例中，所述检查编队待飞主航路是否存在冲突航段，包括：

35、检查编队待飞主航路中的航段，包括：编队长机当前位置至编队待飞主航路第一个航点的连接航段，编队待飞主航路中相邻航点形成的各航段；

36、检查内容包括是否穿越规避区，是否满足数字高程模型地形净高约束以及是否满足飞行约束；

37、不满足任一检查内容的航段为冲突航段。

38、在一个优选的实施例中，所述对冲突航段进行局部重规划，包括：

39、以冲突航段的起点和终点作为局部重规划端点，执行d算法在初始局部搜索走廊内得到可行的绕行航段；

40、用绕行航段替换对应冲突航段，并保持其他航段不变。

41、在一个优选的实施例中，当执行d算法在初始局部搜索走廊内不收敛时，扩大搜索走廊后再次执行d算法；

42、当扩大搜索走廊后仍不收敛时，以编队长机当前位置为重规划起点，以既有主航路终点为重规划终点，执行d算法，生成从编队长机当前位置到既有主航路终点的主航路航点序列，完成对编队待飞主航路的全段重规划。

43、在一个优选的实施例中，所述执行主航路全段重规划，包括：

44、以编队长机当前位置为重规划起点，以推算的主航路终点为重规划终点；

45、基于重规划起点和重规划终点执行d算法，生成从编队长机当前位置到推算的主航路终点的主航路航点序列，完成对编队待飞主航路的全段重规划。

46、在一个优选的实施例中，所述根据编队待飞主航路变化情况和平台任务类型，对平台待飞任务航路进行重规划，包括：

47、当编队待飞主航路发生变化时，即对编队待飞主航路执行了局部重规划或全段重规划，将重规划后的主航路终点作为平台待飞任务航路起点，执行平台待飞任务航路重规划；

48、当编队待飞主航路未发生变化时，即未对编队待飞主航路执行局部重规划和全段重规划，从平台待飞任务航路中解析历史任务类型，以及从任务分配方案解析当前任务类型；根据历史任务类型和当前任务类型执行平台待飞任务航路重规划：

49、若历史任务类型和当前任务类型不一致，则按照当前任务类型重新构造平台待飞任务航路，并对重新构造的平台待飞任务航路中的连接段、任务段之间的过渡段以及冲突航段执行d算法进行重规划；

50、若历史任务类型和当前任务类型一致，则检查平台待飞任务航路是否满足当前任务目标、任务区域、规避区、飞行约束和数字高程模型地形净高约束；若满足，则复用平台待飞任务航路；若不满足，则对不满足的平台待飞任务航路中航段基于d算法进行局部重规划。

51、在一个优选的实施例中，当存在编队待飞主航路且编队待飞主航路未飞完时，根据编队待飞主航路变化情况和平台任务类型，对平台待飞任务航路进行重规划；

52、当不存在编队待飞主航路或编队待飞主航路已飞完时，则将推算的主航路终点作为平台待飞任务航路起点，执行平台待飞任务航路重规划。

53、在一个优选的实施例中，所述对重规划的编队待飞主航路和平台待飞任务航路进行数字高程模型后验验证，包括：

54、若验证通过，则输出重规划的编队待飞主航路和平台待飞任务航路；

55、若验证不通过，则对不通过的编队待飞主航路和/或平台待飞任务航路再次进行重规划；

56、若经过数次重规划后仍验证不通过，则输出数字高程模型后验失败的规划状态。

57、在一个优选的实施例中，仅对重规划的编队待飞主航路和平台待飞任务航路中重规划的航段，进行数字高程模型后验验证：

58、若验证通过，则输出重规划的编队待飞主航路和平台待飞任务航路；

59、若验证不通过，则对编队待飞主航路和/或平台待飞任务航路中验证不通过的航段再次进行重规划；

60、若经过数次重规划后仍验证不通过，则输出数字高程模型后验失败的规划状态。

61、第二方面，本发明提供一种电子设备，包括：

62、至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

63、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令，使得所述至少一个处理器执行上述的固定翼无人机集群在线路径规划方法。

64、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储指令，当所述指令被执行时，使上述的固定翼无人机集群在线路径规划方法被实现。

65、第四方面，本发明提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在被计算机调用时，使得所述计算机执行上述的固定翼无人机集群在线路径规划方法。

66、综上所述，本发明能够在任务区域变化、规避区变化、平台任务变化或地形约束变化的条件下，优先复用仍然合法的既有航路，降低在线重规划耗时，并提高固定翼无人机集群在线路径规划的实时性和可靠性。具体地：

67、本发明能够基于编队待飞主航路、平台待飞任务航路和编队长机当前位置，在任务执行过程中对剩余主航路和任务航路进行在线判定、复用、局部修复或全段重规划；通过在主航路终点未变化时优先复用既有合法航段，在主航路终点变化时基于编队长机当前位置进行全段重规划，能够减少不必要的航路变化；通过基于d算法在三维经纬高空间内执行重规划，能够适应新增规避区、地形障碍和平台飞行约束；通过数字高程模型后验验证和状态一致性输出，能够提高固定翼无人机集群在线路径规划结果的实时性、稳定性和可靠性。

68、相对于每次任务态势变化后重新执行全量离线路径规划的方式，本发明将在线规划分解为主航路终点变化判定、连接航段强制检查、冲突航段局部修复、任务航路联动判定以及数字高程模型增量后验验证，能够使未受影响的既有航段保持不变，仅对受新增规避区、任务区域变化、任务类型变化或地形风险影响的航段进行修复或重规划。由此，在保持固定翼无人机爬升角、下滑角、最小转弯半径、航点间距和高度包线等飞行约束的同时，减少航路重算范围和航路下发变化量，提高集群在线路径规划的实时性和执行连续性。